Лампы накаливания

Лампа накаливания (рис. 5.1) состоит из стеклянной колбы, внутри которой на крючках закреплена вольфрамовая нить. Напряжение к нити подводится двумя электродами, один из которых соединен с центральной частью, а другой - с резьбой цоколя. При прохождении электрического тока нить раскаляется и излучает свет.

Лампа накаливания

Конструкция лампы накаливания: 1 - колба; 2 - спираль; 3 - крючки; 4 - линза; 5 - штабик; 6 - электроды; 7 - лопатка; 8 - штенгель (стержень); 9 - цоколь; 10 - изолятор; 11 - нижний контакт. Материалы: а - вольфрам; б - стекло; в - молибден; г - никель; д - медь, сталь, никель; е - медь; ж - цокольная мастика; з - латунь или сталь; и - свинец, олово;

Для получения видимого излучения в лампах накаливания применяется нагревание тела. Однако видимое излучение возникает только при больших температурах излучаемого тела (от 1500 до 5000 К). В современных лампах накаливания в качестве материала тела накала широко используется вольфрам, который является тугоплавким металлом (его температура плавления порядка 3600 К) и обладает достаточно высокой пластичностью и низкой скоростью испарения. Следует иметь в виду, что при увеличении температуры тела накала светотехнические характеристики источника света улучшаются, однако при этом сокращается срок службы лампы, так как под влиянием высокой температуры происходит интенсивное испарение вольфрамового тела накала. Нить накала при этом становится тоньше, испарившиеся частицы вольфрама оседают на внутренней поверхности колбы, вызывая ее потемнение, при этом снижается световой поток и в конечном итоге лампа перегорает. Поэтому температура тела накала имеет значение ниже температуры плавления металла, из которого оно изготовлено, и поддерживается в диапазоне 2400-2900 К. Для исключения окисления металла, лампы накаливания выполняются вакуумными. Для увеличения срока службы и повышения световой отдачи лампы, а также стабильности ее светового потока стремятся снизить скорость испарения материала тела накала. С этой целью колбы ламп накаливания наполняют аргон-азотной или криптон-ксеноновой смесью (газонаполненные лампы). Давление газов в наполненных колбах может достигать 0,08 МПа, но не превышает 0,1 МПа. Кроме того, для уменьшения распыления вольфрама и теплоотдачи уменьшают размеры нити, сворачивая ее в плотную винтовую спираль (моноспираль), а затем в биспираль (спираль, навитую из спирали).

Широкое распространение получили галогенные лампы накаливания (ГЛН), в колбу которых добавлен галоген (обычно йод), за счет чего в них осуществляется вольфрамо-галогенный цикл. Под таким циклом понимают комплекс физических и химических процессов, в результате которых частицы вольфрама, испарившиеся с тела накала, возвращаются с помощью галогенов из области более низких температур в область более высоких. Назначение цикла - предотвращение почернений колбы под действием испарившегося стела накала вольфрама, т. е. сохранение ее прозрачности на протяжении всего срока горения лампы, а также регенерация вольфрамовой спирали. Однако, хотя благодаря галогенному циклу общая масса вольфрамового тела накала остается практически постоянной в процессе горения, нить лампы с течением времени в одних местах утоньшается, а в других - утолщается, т. е. процесс перегорания галогенных ламп подобен этому процессу в обычных ЛН. Колба галогенной лампы накаливания выполнена из прочного кварцевого стекла и имеет значительно меньшие габариты по сравнению с обычной лампой накаливания. Кварцевое стекло - жаропрочный материал, а маленькие габариты гарантируют прочность, достаточную для того, чтобы создавать более высокое давление газа, что замедляет испарение вольфрама. Кроме того, ряд мировых производителей светотехнической продукции выпускает галогенные лампы с колбами из стекла, поглощающего ультрафиолетовую составляющую излучения. Галогенный цикл позволяет повысить световую отдачу до 26 лм/Вт при увеличении продолжительности горения до 2000-4000 ч.

Лампы общего назначения выпускаются мощностью до 1500 Вт на разные номинальные напряжения от 12 до 230 В. Лампы рассчитаны на напряжение в пределах диапазона, указанного в типе лампы. При напряжении сети, отличающемся от заданного, эксплуатационные характеристики лампы ухудшаются. В маркировке ламп буква В обозначает вакуумные лампы, Г - газонаполненные лампы, К - лампы с криптоновым наполнением, Б - биспиральные лампы. Лампы мощностью до 150 Вт могут изготовляться в матированных, молочных или опалиновых колбах; лампы до 200 Вт имеют резьбовой цоколь Е 27; лампы 500 Вт и более - цоколь Е 40; лампы 300 Вт могут иметь любой из этих цоколей. Световая отдача ламп основной серии лежит в пределах 11,8-20 лм/Вт. Номинальный срок службы ламп 1000 ч. Излучение ламп по цветности более желтое по сравнению с естественным дневным светом (Тc = 2400-2700 К) и при их применении не обеспечивается правильная цветопередача. Технические параметры основных типов ламп накаливания общего назначения приведены в табл. 5.1.

В условном обозначении типов галогенных ламп буквы и числа означают: первая буква - материал колбы (К - кварцевая), вторая - галогенную добавку (Г - галоген), третья и последующие буквы - область применения (СМ - самолетная) или конструктивную особенность (М - малогабаритная, К - с концентрированным телом накала), первое число - напряжение в вольтах, второе - мощность в ваттах и третье - порядковый номер разработки. Технические данные ГЛН различного назначения приведены в табл. 5.2.

В осветительных установках в основном применяются трубчатые лампы типа КГ (кварцевые галогенные) мощностью 1-20 кВт. Лампы имеют форму трубки из кварцевого стекла с цоколями или вводными проводниками по концам. Они исключительно компактны, например, лампа мощностью 2 кВт имеет диаметр 10,5 мм и длину 335 мм. Световая отдача ламп 22 лм/Вт, срок службы 2500-3000 ч. Свет ламп типа КГ более белый, чем свет обычных ламп накаливания (Tc = 3000 К), и в отношении цветопередачи признается приходным даже для освещения экспонатов в музеях (Ra > 90). Однако галогенную лампу нельзя трогать руками, так как колба ее сделана из плавленого кварца, который кристаллизируется под действием жира, остающегося на поверхности лампы при прикосновении. Это приводит к разрушению колбы и перегоранию лампы.

В настоящее время ведущими мировыми производителями светотехнической продукции освоен выпуск галогенных ламп накаливания с колбами из стекла, поглощающего ультрафиолетовую составляющую. Такое кварцевое стекло колбы полностью удерживает интенсивное и вредное ультрафиолетовое излучение типа С и В, а более слабое и поэтому более безопасное излучение типа А ограничивается наполовину.

Таблица 5.1

Технические данные ламп накаливания общего назначения

 

Тип лампы Напряжение (В) Номинальные значения
Мощность (Вт) Световой поток (лм) Световая отдача (лм/Вт)
Б125-135-60 130 60 810 13.5
БК125-135-60 130 60 890 14.8
Б215-225-60 220 60 730 12.2
БК215-225-60 220 60 800 13.3
Б220-230-60 225 60 730 12.2
БК220-230-60 225 60 800 13.3
Б230-240-60 235 60 710 11.8
БК230-240-60 235 60 790 13.1
Б235-245-60 240 60 710 11.8
Б215-225-75 220 75 960 12.8
БК215-225-75 220 75 1030 13.7
Б220-230-75 225 75 960 12.8
Б230-240-75 235 75 940 12.5
Б125-135-100 130 100 1540 15.4
БК125-135-100 130 100 1675 16.8
Б215-225-100 220 100 1380 13.8
БК215-225-100 220 100 1500 15.0
Б220-230-100 225 100 1380 18.8
БК220-230-100 225 100 1500 15.0
Б230-240-100 235 100 1360 13.6
БК230-240-100 235 100 1485 14.9
Б235-245-100 240 100 1360 13.6
Г125-135-150 130 150 2420 16.1
Б215-225-150 220 150 2220 14.8
Г215-225-150 220 150 2090 13.9
Г220-230-150 225 150 2090 13.9
Г230-240-150 235 150 2065 13.8
Г235-245-150 240 150 2060 13.7
Б235-245-150 240 150 2180 14.5
Г125-135-200 130 200 3350 16.7
Б215-225-200 220 200 3150 15.7
Г215-225-200 220 200 2950 14.7
Г220-230-200 225 200 2950 14.7
Г230-240-200 235 200 2910 14.5
Г230-240-200 235 200 3150 15.7
Г125-135-300 130 300 5050 16.8
Г215-225-300 220 300 4850 16.1
Г220-230-300 225 300 4850 16.1
Г230-240-300 235 300 4800 16.0
Г125-135-500 130 500 9200 18.4
Г215-225-500 220 500 8400 16.8
Г220-230-500 225 500 8400 16.8
Г230-240-500 235 500 8300 16.6
Г245-235-750 220 750 13100 17.5
Г220-230-750 225 750 13100 17.5
Г125-135-1000 130 1000 20000 20.0
Г215-225-1000 220 1000 18800 18.8
Г220-230-1000 225 1000 18800 18.8
Г230-240-1000 235 1000 18610 18.6

Таблица 5.2

Технические характеристики галогенных ламп накаливания

 

Тип лампы Номинальные значения Средняя продолжительность горения (ч)
Мощность (Вт) Световой поток (лм) Световая отдача (лм/Вт)
КГ220-1000-5 1000 22000 22 2000
КГ220-1500 1500 33000 22 2000
КГ220-2000-40 2000 44000 22 2000
КГ220-5000-1 5000 110000 22 3000
КГ220-10000-1 10000 220000 22 3000
КГ220-20000-1 20000 440000 22 2000

Простота схемы включения делает лампы накаливания надежными источниками света. Их невысокая стоимость, удобство и простота эксплуатации, разнообразие конструкций, напряжений и мощностей обусловливают широкое применение этого источника света. Важным достоинством ламп накаливания являются также низкие значения коэффициента пульсации светового потока (среднее значение составляет около 7 %). Лампы практически некритичны к изменениям условий внешней среды, включая температуру, но очень чувствительны к отклонениям подводимого напряжения. Отклонению напряжения от номинального на ±1 % соответствует изменение светового потока на ±3,7 %, мощности - на ±1,5 %, световой отдачи - на ±2,2 %, срока службы - на ±14 %. Однако главным недостатком ламп накаливания является их низкая эффективность при преобразовании электрической энергии в световое излучение: их световая отдача не превышает 20 лм/Вт, что значительно ниже, чем у газоразрядных ламп. В сравнении с газоразрядными лампами срок службы ламп накаливания также существенно меньше.